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Subestaciones eléctricas. Equipos secundarios




  1. Introducción
  2. Transformadores de instrumentos
  3. Banco de baterías
  4. Banco de capacitores
  5. Tableros de transferencia
  6. Mantenimiento a equipo secundario
  7. Bibliografia

SÍNTESIS UNIDAD 2: EQUIPOS SECUNDARIOS

Los equipos secundarios se encargar de proteger y supervisar la operación de los equipos primarios, por tanto resulta altamente importante el conocimiento de estos.

En el presente documento se expone el transformadores de potencia, el transformador de corriente, el banco de batería, el banco de capacitores, el tablero de transferencia y el mantenimiento a los equipos secundarios.

Un transformador de instrumento, según Harper (2005), son aquellos transformadores para la alimentación de equipos de medición, control y/o protección., estos se dividen en 2 clases, transformadores de corriente y transformadores de potencial.

Su uso es debido para:

  • Reducir en forma precisa, a través de la transformación, la magnitud de la corriente primaria o del voltaje del circuito a valores que sean más fáciles de manipular por razones de seguridad de personal.

  • Para aislar el equipo secundario (instrumentos de medición y/o protección) de los voltajes primarios que son peligroso.

  • Para dar a los usuarios mayor flexibilidad en la utilización del equipo, en aplicaciones tales como: medición y protección, y para revisar la convivencia y posibilidad de aplicar el mismo tipo de transformador de instrumento para aplicaciones simultáneas en medición y protección.

2.1.1Transformadores de corriente.

Son aquellos transformadores, según Harper (2005), son aquellos cuya función principal es cambiar el valor de la corriente (1 a 5 Amperes regularmente) de uno más o menos elevado a otro con el cual se puedan alimentar instrumentos de medición, control o protección, como amperímetros, wattorímetros, instrumentos registradores, relevadores de sobrecarga, etc.

Su construcción es similar a cualquier transformador, su capacidad es relativamente baja (15 a 70 VA), son de tamaño reducido pero deben tener un aislamiento de muy buena calidad, donde los materiales pueden ser de resina sintética, aceite o líquidos no inflamables. Normalmente están conectados a sistemas trifásicos, por tanto, se pueden realizar las conexiones trifásicas conocidas en los transformadores convencionales (delta delta, estrella delta, etc.).

Los transformadores de corriente tipo dona son aquellos donde su corriente es relativamente baja, por tanto no tienen un devanado primario, ya que este lo constituye la línea a la que van a conectarse.

Figura 1: Componentes de un TC.

Fuente: Harper, G. (2006).

Para la selección de un TC hay que considerar:

  • Servicio interior.

  • Servicio intemperie (en tensiones de 115 kV y mayores).

  • Tipo de aislamiento, que depende de la tensión nominal de operación, pueden ser tres tipos:

  • En aire (baja tensión).

  • En resina epóxica (media tensión en tableros y aplicaciones industriales).

  • En aceite (sumergido para alta tensiones de 69 kV o mayores).

  • Condiciones de operación.

  • Temperaturas máxima y mínima.

  • Elevación de temperatura de los devanados.

  • Altura de operación sobre el nivel del mar.

  • Velocidad del viento.

  • Coeficiente sísmico.

  • Contaminación.

  • Corriente nominal primario y secundario.

Tabla 1: corrientes nominales en TC"s.

Fuente: Harper, G. (2003).

  • Factor de sobrecarga.

  • Corriente térmica de cortocircuito de corta duración.

  • Corriente dinámica de cortocircuito.

  • Frecuencia nominal.

  • Carga nominal secundaria.

  • Clases de precisión.

Tabla 2: Clases de precisión.

Fuente: Harper, G. (2003).

2.1.2 Transformadores de potencia.

Son aquellos transformadores, según Harper (2005), donde su función principal es de transformar los valores de voltaje sin tomar en cuenta la corriente y se utilizan para alimentar instrumentos de medición, control y/o protección que requieran señales de voltajes.

Se construyen con un devanado primario y un secundario generalmente de 115 volts, su capacidad es baja (15 a 60 VA), al igual que los TC"s los aisladores deben de ser de muy buena calidad y se utilizan los mismos materiales antes expuestos. También se conecta en cualquiera de las conexiones trifásicas conocidas.

Para la selección de un TP se utilizan los mismos puntos que en los TC"s, con las siguientes diferencias:

  • Tensiones nominales: Como regla, en sistemas de 115 kV o tensiones mayores siempre se deben instalar transformadores monofásicos que se conectan entre fase y tierra. Los voltajes normalizados se presentan en la tabla 3.

Tabla 3: Tensiones normalizadas de TP"s.

Fuente: Harper, G. (2003).

Los criterios constructivos generales de los transformadores de potencial se enfocan en el nivel de tensión que se va a operar, para esto, al igual que los TC"s, los TP"s, se pueden dividir debido a su aislamiento, que puede ser:

En aire (BT).

Figura 2: TP de aire.

Fuente: Harper, G. (2003).

En aceite o resina sintética (MT).

Figura 3: TP de resina sintética.

Fuente: Harper, G. (2003).

En aceite (AT).

Figura 4: TP de aire.

Fuente: Harper, G. (2003).

Es un conjunto de acumuladores que, mediante los cargadores de baterías, almacenan corriente directa a partir de la corriente alterna de la subestación. Se utilizan como alimentación de emergencia de las cargas y circuitos de servicios propios cuando existen fallas o se da mantenimiento a los cargadores de baterías o en las alimentaciones de corriente alterna de las subestaciones, con la única diferencia que estos se destinan para alimentar las cargas de corriente directa.

Existen diferentes tipos de bancos de baterías, entre ellos se encuentran:

  • Bancos cerrados:

Se utilizan en sitios de telecomunicaciones, control y monitoreo, salas de computos y shelters. Son compactas por lo que es muy recomendable su instalación en lugares pequeños y además tiene un mantenimiento reducido.

Figura 5: Banco cerrado.

Fuente: Generac (2004).

Bancos abiertos

Se utilizan cuando se necesita altas densidades de corriente y especialmente una muy larga vida útil, pero no es indicada para sitios cerrados sin buena ventilacion y deben ser instaladas con especial cuidado.

Figura 6: Banco abierto.

Fuente: Generac (2004).

Bancos especiales de Niquel Cadmio

Son especialmente indicadas para una expectativa de vida extremadamente larga y de gran confiabilidad, su vida util es el doble que las acidas de mejor calidad pero con un costo mucho mayor. Otra ventaja es la rapida recarga puesto que acepta regimenes elevados de corriente. En cuanto a la instalacion es de vital importancia una ventilacion estudiada y adecuada por sus emisiones gaseosas peligrosas y requieren de un mantenimiento riguroso.

Figura 7: Banco de Niquel cadmio.

Fuente: Generac (2004).

Los bancos de capacitores de potencia son agrupamientos de unidades montadas sobre bastidores metálicos, que se instalan en un punto de la red de MT con el objeto de suministrar potencia reactiva y regular la tensión del sistema.

Figura 8: Banco de capacitores.

Fuente: Núñez, Saúl (2010)

Para la selección de un banco de capacitores, se presentan los siguientes criterios:

  • Conocer la potencia reactiva deseada y dividir su valor en una determinada cantidad de capacitores monofásicos de una potencia unitaria normalizada.

  • Conectar las unidades en una conexión definida (estrella o doble estrella con neutro flotante) para que los capacitores tengan una tensión nominal igual a la tensión de fase del sistema.

  • Si es conveniente, dividir la potencia total del banco en escalones, de modo de insertarlos progresivamente en función de las necesidades de potencia reactiva del sistema en cada momento.

  • Instalar el banco en un sitio que satisfaga las condiciones de seguridad, comodidad, facilidad para su operación, control y mantenimiento, y que este protegido contra intervenciones no autorizadas o vandalismo.

Además de las unidades capacitivas (con o sin fusibles internos), los bancos pueden incluir elementos de protección, maniobra y control tales como seccionadores fusibles, llaves de maniobra en vacío o en aceite, sistemas de protección por desequilibrio, controladores automáticos, reactancias de inserción, etc.

De acuerdo con lo expuesto, se puede clasificar a los bancos de capacitores en:

  • Para montaje en poste:

Los bancos fijos de MT pueden armarse por agrupamiento, en disposición estrella con neutro flotante, de capacitores monofásicos de MT diseñados para la tensión de fase del sistema, y con potencias unitarias normalizadas de 33.3, 50, 83.3, 100, 167, 200, 250, 300 y 400 kVAr, lo que permite construir bancos trifásicos de 100, 150, 250, 300, 500, 600, 750, 900 y 1200 kVAr, o múltiplos de estas potencias.

Disponiendo estos bancos a aproximadamente las 2/3 partes de la longitud del alimentador, se logra una importante reducción de las pérdidas y de las caídas de tensión, y una consecuente mejora de la calidad del servicio prestado a los clientes

  • Para montaje a nivel "Silla y doble silla".

Son bancos para instalación al nivel del piso y se emplean principalmente en redes de distribución, aunque también tienen aplicación en la compensación de estaciones transformadoras de mediana potencia. Esta forma constructiva permite tanto el empleo de capacitores con fusibles internos como unidades convencionales con fusibles externos del tipo de expulsión.

Como el montaje se ejecuta a nivel del piso, es necesario colocar un cerco perimetral en el recinto donde se encuentra el banco o bien disponer de una estructura de elevación, de modo que las partes vivas queden a mas de 2.5 m de altura.

Pueden armarse por agrupamiento, en disposición estrella o doble estrella con neutro flotante, de capacitores monofásicos de MT diseñados para la tensión de fase del sistema, y con potencias unitarias normalizadas de 33.3, 50, 83.3, 100, 167, 200, 250, 300 y 400 kVAr, lo que permite construir bancos trifásicos de 100, 150, 250, 300, 500, 600, 750, 900 y 1200 kVAr, o múltiplos de estas potencias.

  • Para montaje a nivel "Box".

Son bancos compactos, que aprovechan las ventajas de los capacitores con fusibles interiores, formando configuraciones en doble estrella con neutro flotante, que permiten el empleo de un sistema de protección por desequilibrio de corrientes. Esta forma constructiva también es posible mediante el empleo de capacitores convencionales con fusible de expulsión externo.

Se emplean en estaciones transformadoras de rebaje de AT a MT estando generalmente conectados a las barras principales de salida de la ET, las cuales por poseer una potencia de cortocircuito considerable, requiere que los bancos y sus dispositivos de maniobra estén dimensionados para poder soportar las corrientes de falla en ese punto.

Como el montaje se ejecuta a nivel del piso, es necesario colocar un cerco perimetral en el recinto donde se encuentra el banco o bien disponer de una estructura de elevación, de modo que las partes vivas queden a mas de 2.5 m. de altura.

Las potencias de estos bancos arranca aproximadamente desde los 2000 kVAr y no tienen un limite superior definido, pudiéndose por ejemplo agrupar sin inconveniente 36 o mas capacitores de 400 kVAr formando de este modo bancos de 14.4 MVAr o aun mayores, en tensiones que van desde los 2.3 hasta los 36kV.

Esta forma constructiva también admite la disposición en baterías automáticas de varias etapas, cada paso estará formado por un banco independiente, formado por los capacitores, su protección de desequilibrio de corrientes, pero además deberá incorporar reactancias de choque para la limitación de las corrientes de inserción:

  • Para montaje a nivel totalmente protegidos.

Es el banco mas empleado en redes de distribución secundaria y compensación individual en la industria petrolera a la intemperie, en interior, y en general cuando se desee recurrir a una construcción simple y económica, que a la vez evite el uso de aparatosos gabinetes o extensos cercos perimetrales.

Estos bancos de MT pueden armarse por agrupamiento de una a cuatro unidades trifásicas hasta 3x2.3kV, y en disposición estrella con neutro flotante, de capacitores monofásicos de MT diseñados para la tensión de fase del sistema, hasta tensiones de 3x6.6kV, y con potencias unitarias normalizadas de 33.3, 50, 83.3, 100, 167, 200, 250, 300 y 400 kVAr, lo que permite construir bancos trifásicos de 100, 150, 250, 300, 500, 600, 750, 900 y 1200 kVAr. En general se prefiere el empleo de capacitores con fusibles interiores lo que evita la adición de costosos fusibles HHC, que por otro lado encarecerían la  forma contructiva, de modo que en el mismo banco compacto quedan sintetizadas las funciones de compensación y protección.

La acometida se realiza a través de un buje prensacables apto para intemperie, siendo que el gabinete superior existe espacio suficiente para los terminales del cable de MT, con todos sus accesorios.

  • De capacitores en Celdas.

Estos bancos pueden ser fijos o automáticos  y ejecutarse para uso interior o intemperie con el grado de protección que la instalación requiera.

  • Fijos

Generalmente disponen de protección externa por medio de fusibles de alta capacidad de ruptura.

Pueden emplearse para compensación individual de grandes motores de MT, o compensación fija de barras empleando fusibles con seccionamiento.

  • Automáticos.

Se emplean generalmente para compensación centralizada de barras de MT, disponiendo de uno o varios pasos que pueden ser de potenciales diferentes, que mediante una adecuada combinación, permite distintos escalonamientos de potencia reactiva disponible.

El tablero de transferencia es un equipo que permite que la planta eléctrica opere en forma totalmente automática supervisando la corriente eléctrica de la red comercial.

Figura 9: Tablero de transferencia.

Fuente: Editel (S. F.).

Sus funciones son:

  • Censar el voltaje de alimentación.

  • Dar la señal de arranque a la planta cuando el voltaje falta, baja o sube de un nivel adecuado.

  • Realizar la transferencia de la carga de la red comercial a la planta y viceversa.

  • Dar la señal a la unidad de fuerza para que haga el cambio cuando se normaliza la alimentación (re transferencia).

  • Retardar la re transferencia para dar tiempo a la compañía suministradora de normalizar su alimentación.

  • Retardar la señal de paro al motor para lograr su enfriamiento.

  • Mandar la señal de paro al motor a través del control maestro.

  • Mantener cargado el acumulador.

  • Permitir un simulacro de falla de la compañía suministradora.

Mantenimiento preventivo:

Es el más utilizado y se realiza antes de que ocurra una falla o avería, se efectúa bajo condiciones controladas sin la existencia de algún error en el sistema.

Mantenimiento correctivo:

Es el aplicado cuando ocurre una falla o avería inesperada, se efectúa bajo condiciones de riesgo y se estudia el origen del error en el sistema que causo la falla.

Pasos a seguir en el mantenimiento a las subestaciones eléctricas:

• Bajar cada uno de los interruptores principales con que se cuente en el lugar donde se esté prestando el servicio, con la finalidad de no averiar instrumentos o dañar el sistema eléctrico.

• Solicitud de libranza: se tramita con el ente de comisión estadal de electricidad, 2 semanas antes de realizar el mantenimiento preventivo y se le comunica a los consumidores la interrupción del servicio.

• Limpieza de aislamientos: consiste en limpiar los aislamientos de la subestación, y este se refiere a lo que es la limpieza de cuchillas fusibles, lijar las áreas de contactos, limpieza de los apartarrayos, verificar el estado en que se encuentran, limpieza de aisladores de paso, que estos no se encuentren rotos o despostillados etc.

• Limpieza de tableros: Consiste en retirar el polvo y la suciedad en los interruptores principales.

• Inspección de los transformadores secundarios: realizar inspección visual, checar válvulas, nivel de aceite e inspección mediante equipos especializados (como la cámara termográfica) para inspeccionar de que el transformador este operando en buenas condiciones.

Seguridad para las subestaciones eléctricas

Para evitar las negligencias en las Subestaciones Eléctricas se debe considerar que:

• Todas las partes metálicas deben estar a l potencial de tierra.

• El área perimetral debe estar aterrizada en su totalidad.

• El nivel de aislamiento de los componentes activos de la S.E. deben superar el Nivel básico de Impulso.

• Toda la capacidad térmica de los aisladores ha de superar los 90ºC.

• La altura de las barras respecto al suelo ha de ser mayor de 3 metros.

• No se permite el tránsito de personas por áreas de la subestación que se encuentren energizadas.

• La distancia mínima entre la cerca perimetral y el transeúnte es de un 1.5 metros

• Los colores de barras para el bus mínimo según el voltaje seguridad para las subestaciones eléctricas.

Núñez, Saúl (2010), "Banco de capacitores", extraído el 10/03/2011, de: http://circuitos2eo.wordpress.com/

Editel (S.F.), "Tableros de transferencia", extraído el 10/03/2010, de: http://www.editel.com.mx/pages/PagsProductos/PlantasEmergencia.htm

Harper, G. (2005)., "Fundamentos de instalaciones eléctricas de media y alta tensión"., Editorial Limusa; México.

Harper, G. (2005)., "Elementos de diseño de subestaciones eléctricas"., Editorial Limusa; México.

Harper, G. (2004)., "Manual de instalaciones eléctricas industriales"., Editorial Limusa; México.

 

 

Autor:

Lira Martínez Manuel Alejandro

DOCENTE: ING. CHIMAL Y ALAMILLA FLORENTINO


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